i
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
PATRICK ANGGORO KURNIYANTO NIM : 045214062
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain then Sarjana Teknik Degree
in Mechanical Engineering
By :
PATRICK ANGGORO KURNIYANTO Student Number : 045214062
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii
Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Isi Tugas Akhir ini adalah mengenai unjuk kerja sebuah turbin aliran silang yang menggunakan sudu dari bilah pipa, dengan jumlah sudu 18 buah.
Dalam kesempatan ini penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Budi Sugiharto, S.T., M.T. Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 3. Seluruh dosen dan staff Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan berbagai pengetahuan kepada penulis dan membantu selama proses belajar di Jurusan Teknik Mesin.
viii
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Meskipun demikian penulis berharap bahwa penulisan Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu khususnya mengenai perancangan turbin aliran silang. Atas kritik dan saran yang bersifat membangun guna sempurnanya karya tulis ini penulis mengucapkan terima kasih.
Yogyakarta, 25 Februari 2009
ix
masyarakat. Geometri sudu turbin aliran silang sebenarnya sama dengan geometri pipa yang dibelah dengan busur tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin aliran silang dengan sudu dari bilah pipa yang digunakan untuk pembangkit listrik.
Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 1¼ inch. Diameter runner adalah 97,39 mm dengan panjang runner 103 mm. Jumlah sudu pada runner 18 buah. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit, tinggi nozzle,dan beban. Debit air yang divariasikan adalah 10,6L/s, 9,3L/s, dan 8,3L/s. Tinggi nozzle yang divariasikan adalah 14mm, 9mm, dan 4mm. Untuk menghasilkan listrik turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator pada kondisi generator diberi variasi pembebanan 10W, 15W, 25W, 40W, 60W, dan 100W. Pada setiap pembeban, putaran turbin diukur dengan tachometer.
x
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
xi
4.1.3. Data Variasi debit 8,3 L/s A ... 32
4.2. Grafik Hasil Penelitian ... 33
4.2.1. Grafik dengan debit 10,6 L/s ... 33
4.2.2. Grafik dengan debit 9,3 L/s ... 35
4.2.3. Grafik dengan debit 8,3 L/s.. ... 37
4.3. Analisa ... 38
BAB V KESIMPULAN ... 42
5.1. Kesimpulan ... 42
5.2. Saran ... 42 DAFTAR PUSTAKA
xii
Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Terhadap Head ... 8
Tabel 4.1 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 10,6 L/s ... 30
Tabel 4.2 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 L/s ... 30
Tabel 4.3 Data dengan Debit 9,3 L/s, Tinggi Nozzle 9 mm ... 31
Tabel 4.4 Data dengan Debit 9,3 L/s, Tinggi Nozzle 14 mm ... 31
Tabel 4.5 Data dengan Debit 8,3 L/s, Tinggi Nozzle 9 mm ... 32
xiii
Gambar 4.4 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 4 mm, 9mm, dan 14 mm dengan debit 9,3 L/s ... 36
Gambar 4.5 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9mm, dan 14 mm dengan debit 8,3 L/s ... 37
1 1.1 Latar Belakang Masalah
Listrik merupakan sumber energi yang digunakan oleh manusia. Listrik dihasilkan dari suatu sistem pembangkit listrik. Pembangkit yang banyak digunakan adalah pembangkit listrik tenaga air (PLTA), pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTG), Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD), dan pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). PLTU dan PLTD menggunakan sumber energi berupa batubara ataupun minyak bumi.
Permasalahan yang dihadapi saat ini adalah tentang ketersediaan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui dewasa ini. Hal itu menimbulkan adanya krisis energi sehingga berdampak pada melonjaknya harga minyak bumi.
Airmerupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya. Air juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan penggunaan energi fosil. Air merupakan sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan polutan. Berbeda dengan sumber energi fosil, air tidak mempunyai potensi merusak ozon maupun potensi pemanasan global.
daerah-daerah tersebut tersebar dari Sabang sampai Marauke. Daerah-daerah yang diprediksi memiliki potensi tersebut, antara lain : Pulau Papua 22371 MW, pulau Kalimantan 21611 MW, pulau Sumatra 15804 MW, pulau Sulawesi 10203 MW, pulau Jawa 4531 MW, kepulauan Nusa Tenggara (Bali, NTB dan NTT) 674 MW dan kepulauan Maluku 430 MW. Data-data di atas merupakan sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas besar, belum termasuk sumber-sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas kecil. Untuk memanfaatkan potensi tersebut diperlukan suatu teknologi terapan agar masyarakat kecil dapat menyediakan energi listrik secara swadaya.
Gambar 1.1 Runner Turbin aliran silang
1.2 Rumusan Masalah
Informasi tentang unjuk kerja turbin aliran silang dengan sudu dibuat dari pipa yang dibelah tidak banyak diketahui. Pada penelitian ini akan dibuat turbin aliran silang dengan sudu dari pipa yang dibelah. Turbin tersebut akan diteliti unjuk kerjanya pada berbagai variasi debit dan head air masuk.
1.3 Tujuan dan Manfaat
1.3.1 Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah :
a. Membuat runner turbin aliran silang dengan menggunakan sudu dari pipa yang dibelah untuk pembangkit listrik agar mudah dibuat oleh masyarakat.
b. Mengetahui dan membandingkan daya serta efisiensi menyeluruh terbaik dari variasi debit,beban generator, dan tinggi nozzle.
Sudu Piringan Runner
1.3.2 Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan dapat:
a. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air mikrohidro.
b. Diterapkan di masyarakat yang berada dekat sumber air dan belum mendapat pasokan listrik sehingga dapat menyediakan energi listrik secara swadaya .
c. Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi.
5 2.1 Tinjauan Pustaka
Unjuk kerja turbin aliran silang dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain adalah jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk, lintasan aliran air di dalam turbin, rasio lebar dan diameter runner, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nozzle. Geometri runner turbin aliran silang dapat dilihat pada gambar 2.3 dan 2.5.
Penelitian tentang turbin aliran silang banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin aliran silang yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam runnernya pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000). Saluran pengarah dibuat dengan tujuan untuk mengumpulkan dan mengarahkan air yang keluar dari sudu atas agar dapat menuju sudu bawah dengan lebih baik. Tiga bentuk saluran telah dibuat dan diuji dengan berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nozzle. Penambahan saluran di dalam runner ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin aliran silang sebesar 5 %.
yang digunakan adalah 0,75; 0,67; 0,58; dan 0,54. Sudut masuk pancaran air dipilih sebesar 16o. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi dicapai pada perbandingan 0,75 dan terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi tertinggi yang bisa dicapai adalah sebesar 72%.
Penelitian terhadap pengaruh sudut nozzle menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nozzle semakin besar (Khosrowpanah, 1988). Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15 dan 10 serta 1 buah runner dengan diameter setengah dari diameter runner yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap runner dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya. Untuk sudut nozzle tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nozzle tertentu (Joshi,1995).
2.2Landasan Teori
2.2.1 Definisi Turbin Air
cepat. Daya mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu poros dan kemudian akan menghasilkan energi listrik. Pemilihan suatu turbin tergantung pada karakteristik lokasi, karena menentukan tinggi air jatuh dan kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga tergantung dari kecepatan putar yang diminta oleh generator.
2.2.2 Perkembangan Turbin Air
Bentuk yang paling tua dan sederhana dari turbin air adalah kincir air, yang pertama kali digunakan oleh bangsa yunani pada abad pertengahan. Perpindahan dari bentuk kincir air ke bentuk turbin air modern memakan waktu sekitar 100 hingga saat ini masih dapat dijumpai di lokasi hidro yang kecil.
2. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin air berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin runner
sehingga turbin runner berputar (turbin aliran keluar).
3. Pada tahun sebelumnya sekitar tahun 1820, Jean- Victor Poncelete
4. Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air aliran dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%) yang disebut turbin Francis.
2.2.3 Jenis-jenis Turbin Air
Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokan berdasarkan kegunaan tertentu, kapasitas aliran dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu turbin air diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara. Secara umum turbin air dikelompokkan menurut tinggi air jatuh (Head) dan juga prinsip kerja turbin tersebut merubah energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini turbin air dibagi menjadi :
Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Terhadap Head
Head tinggi Head sedang Head rendah Turbin impuls Turbin pelton
Turbin turgo
2.3 Turbin Aliran silang (crossflow)
Turbin aliran silang atau yang juga dikenal dengannama Turbin Michell-Banki merupakan salah satu jenis turbin impuls. Turbin aliran silang terdiri dari dua bagian yaitu nozzle dan runner. Turbin aliran silang menggunakan nozzle berpenampang persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Sedangkan tinggi nozzle dapat diubah-ubah karena menggunakan sebuah katup yang dapat diset ketinggiannya. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Pancaran air dari nosel masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Pancaran air masuk turbin melalui bagian atas, memberikan energi ke sudu kemudian masuk ke bagian dalam turbin dan keluar melalui bagian bawah turbin. Turbin mengambil energi air dua kali yaitu melalui sudu atas dan sudu bawah. Pada bagian atas turbin mengambil energi sebesar 72 % dan pada bagian bawah turbin mengambil energi sebesar 28 %.
Gambar 2.1 Turbin Aliran Silang aliran air
Katup nozzle
poros
Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh dapat diperoleh potensi daya air yang tersedia yaitu (Dietzel, 1996, hal. 2) :
H Q g
Pin =ρ (1)
Dengan
P : daya yang tersedia (W), ρ : massa jenis air (kg/m3),
g : percepatan gravitasi (m/detik2),
Q : debit air (m3/detik),
H : tinggi air jatuh (m),
Pada gambar 2.2 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk ke dalam runner pada titik A dengan membentuk sudut
α
terhadap kecepatan kelilingnya. Kecepatan air memasuki runner (V1 ) dihitung dengan (Mockmore,1949,hal 6) :V1=C (2gH)½ (2)
dengan C merupakan koefisien kerugian pada nosel
Daya teoritis yang dihasilkan turbin adalah
(
V1cos 1 V2cos 2)
u1Efisiensi turbin yang merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan turbin dengan daya air yang tersedia adalah (Mockmore, 1949, hal 8):
Secara teoritis efisiensi turbin dipengaruhi oleh kecepatan pancaran air masuk turbin dan sudut pancaran air.
Untuk menghasilkan listrik poros turbin dihubungkan dengan poros generator. Hubungan ini melalui sistem transmisi yang ditentukan berdasarkan putaran poros turbin dan putaran kerja generator. Daya listrik (P) yang dihasilkan generator dapat diketahui setelah arus dan tegangan yang dihasilkan diukur.
Besarnya daya listrik adalah
Pout = V I (6)
dengan
Pout : Daya yang dihasilkan generator (watt) V : tegangan listrik yang dihasilkan (volt) I : kuat arus listrik yang dihasilkan (ampere)
Efisiensi menyeluruh (efisiensi nozzle, turbin, transmisi dan generator) dihitung dengan persamaan
Perhitungan ukuran-ukuran turbin menggunakan asumsi sudut pancaran air masuk (α1) sebesar 16o dan nilai ψ = 0.98 , C = 0.98 dan k = 0,087 (Mockmore,1949, hal 17). Dengan asumsi tersebut secara teoritis dapat dicapai efisiensi maksimum turbin sebesar 87,8% (Mockmore,1949, hal 9).
LD1 = 210,6 Q/H½ (8)
Lebar runner ditentukan dengan terlebih dahulu menentukan diameter turbin yang direncanakan. Pemilihan diameter turbin akan menentukan putaran kerja turbin, sehingga dalam pemilihannya mempertimbangkan putaran kerja generator. Putaran kerja turbin (N) adalah (Mockmore,1949, hal 15):
N =862H½/ D1 (9)
Setelah diameter runner ditentukan maka dapat dihitung besarnya jari-jari kelengkungan sudu (ρ) yaitu (Mockmore,1949, hal 15) :
ρ = 0.326 D1/2 (10)
Karena sudu akan dibuat dari pipa yang dibelah maka kemudian dipilih pipa dengan jari-jari mendekati jari-jari kelengkungan sudu hasil perhitungan. Setelah pipa untuk sudu ditentukan maka diameter runner dihitung kembali dengan :
D1 = 2 ρ / 0.326 (11)
Lebar runner ditentukan dengan
L = 210,6 Q/(H½ D1) (12)
Lebar velk radial ( ) ditentukan dari persamaan (Mockmore, 1949, hal 12) :
Gambar 2.3 Kelengkungan Sudu (Mockmore, 1949, hal. 16)
Untuk sudut pancaran air (α1) sebesar16o maka sudut sudu (δ) adalah 73o 28’ (Mockmore, 1949, hal. 15). Dengan demikian untuk sudu dari pipa maka sudu dibuat dengan membelah pipa dengan sudut busur 73o 28’.
Gambar 2.4 Sketsa Pipa Dibelah Dengan Sudut 73o 28’
t = s1/sin β1 (14) dengan
s1 = kD1 (Mockmore, 1949, hal 14),
β1 = 30o (Mockmore, 1949, hal 10), untuk α =16
Gambar 2.5 Jarak Antar Sudu (Mockmore, 1949, hal. 9)
Jumlah sudu (n) ditentukan dengan (Mockmore, 1949, hal 17)
n = л D1/t (15)
Nozzle turbin Aliran silang berbentuk persegi panjang. Penrhitungan ukuran nozzle:
Gambar 2.6 Penampang Nozzle Torsi yang terjadi adalah sebagai berikut
N P
T =9,74 x 105 d (17)
17
3.1Diagram Alir
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
3.2Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah: a. Pipa hitam diameter 1 ¼ inch , panjang 1m b. Plat tebal 15 mm x 100 mm x 100 mm , 2 buah c. Besi poros diameter 30 mm x 300 mm.
START
STUDI PUSTAKA
PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG
PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG
PENELITIAN TURBIN ALIRAN SILANG
PENGAMBILAN DATA
PENGOLAHAN DATA
3.3Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah: a. Alat uji turbin
b. Tachometer,multimeter
c. Peralatan kerja bangku, mesin : bubut,milling,las d. Alat ukur (roll meter, jangka sorong, siku)
3.4Jalannya Penelitian
3.4.1 Persiapan
Tahap awal dari penelitian ini adalah studi pustaka. Pada tahap ini, bahan-bahan yang akan digunakan sebagai referensi dikumpulkan. Referensi yang dikumpulkan berasal dari berbagai sumber, namun kebanyakan berasal dari internet. Referensi ini berupa hasil penelitian lembaga lain dan buku-buku acuan.
Tahapan selanjutnya adalah pembuatan jadwal kerja yang akan digunakan sebagai pedoman untuk mencapai efisiensi waktu yang maksimal.
3.4.2 Pembuatan Alat
3.4.2.1Desain Alat
Pada tahapan ini, gambar kerja dibuat. Sebelum membuat gambar kerja, terlebih dahulu dibuat sketsa alat.
perbedaannya terletak pada jumlah sudu, bahan sudu, dan proses manufakturing runner.
Runner B akan dilepas, dan digantikan dengan runner A. Sedangkan komponen lain seperti rumah runner, generator, transmisi sabuk dan puli, panel-panel listrik, dan nozzle akan tetap dipakai pada penelitian ini.
Pada penelitian ini, turbin yang akan dibuat dirancang untuk memanfaatkan tenaga air yang memiliki head 4,5 m, debit 8 L/s. Sudu dibuat dari pipa hitam berdiameter 1,25 inch, yang dibelah dengan sudut 73,28˚.
Pada saat pengambilan data, dilakukan variasi debit 10,6 L/s, 9,3 L/s, dan 8,3 L/s, untuk variasi beban generatornya adalah 10 W, 15 W, 25W, 40 W, 60 W, dan 100 W. Variasi lainnya adalah tinggi nozzle 14mm, 9mm, dan 4mm
Penelitian ini tidak dilakukan di lapangan, melainkan disimulasikan dengan menggunakan peralatan-peralatan yang telah direncanakan dan dipersiapkan oleh kelompok studi Rekayasa Tenaga Air. Untuk menggantikan laju aliran sungai, digunakan sebuah pompa berkapasitas maksimum 10 L/dtk, Head 22 m dan kecepatan putar 1500 rpm.
Generator akan menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan kemudian diukur saat pengambilan data.
Gambar 3.2 Alat Uji Turbin
3.4.2.2Perancangan Runner
Untuk pembuatan runner, dipakai sudu dari pipa yang dibelah. Perancangan dan perhitungannya adalah sebagai berikut:
a. Data perancangan
Debit (Q) = 8 L/s
= 0,283 ft3/s
Head (H) = 4,5 m
f. Panjang runner (L) L = 15,485/D1 = 15,485/3,834 = 4,038 inch
g. Kecepatan putar runner (N) N = 862 . H½ / D1
= 862 . (14,764) ½ / 3,834 = 863,796 rpm
h. Lebar nozzle (s0) A = Q / V
= 0,283 / 30,211 = 0,009 ft2 S0 = A / L
= 0,009 . 144 / 4,038 =0,321 inch
i. Jarak sudu pada runner (s1,t) s1 = k . D1
= 0,334 / sin ( tan-1 ( 2.tan16°)) = 0,671 inch
j. Jumlah sudu (n) n = π . D1 / t
= 3,14 . 3,834 / 0,671 = 18 buah
k. Radial rim width (a) a = 0,17 . D1
= 0,17 . 3,834 = 0,652 inch
l. Diameter dalam runner = D1-2(a)
= 3,834 – 2 (0,652 ) = 2,531 inch
m. Daya air (Pair) Pair = Q . H / 8,8
3.4.2.3Pembuatan Runner
Setelah perancangan selesai, dilanjutkan dengan pembuatan runner. langkah pertama adalah pembuatan sudu. Pipa hitam dipotong-potong dengan panjang 103 mm, kemudian dibelah dengan sudut 74° sebanyak 18 buah. Pembelahan dapat dilakukan dengan gergaji tangan atau dengan mesin skrap.
Pembuatan alat dilanjutkan dengan membuat piringan dan poros runner. piringan dan poros dibentuk menggunakan mesin bubut. Piringan dibuat 2 buah, satu untuk sebelah kanan, satu untuk sebelah kiri. Setelah selesai pengeboran, piringan dan poros disambung dengan las. Pengelasan dilakukan dengan teliti supaya hasilnya simetris dan tidak oleng. Setelah kedua piringan terpasang, sudu-sudu dipasang satu per satu. Pemasangan dilakukan dengan cara silang menyilang. Setelah satu sudu selesai dilas, dilanjutkan dengan sudu yang ada di seberangnya. Hal ini dilakukan untuk menghindari adanya defleksi akibat panas saat pengelasan.
Pengelasan sudu dilakukan secara bertahap. Empat sudu dilas terlebih dahulu. Masing-masing 1 buah sudu untuk bagian atas, bawah, kanan dan kiri. Pengelasan 4 sudu ditujukan untuk menjaga agar posisi poros setelah dipotong tetap center. Setelah selesai dipotong, sudu yang lain kemudian dilas.
3.4.2.4Pemasangan Runner ke Alat Uji Turbin
Runner kemudian dipasang ke alat uji turbin. Setelah selesai dipasang, rumah bantalan yang terdapat di sisi kanan dan kiri rumah runner dipasang. Diikuti dengan pemasangan kopling transmisi sabuk dan puli.
Setelah dipastikan semua bagian terpasang, penelitian dilanjutkan dengan uji prestasi.
3.4.3 Uji Prestasi
Pada tahap ini dilakukan pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja dari turbin crossflow.
Variabel yang divariasikan :
a. Debit air, yaitu : 10,6 L/s ; 9,3 L/s ; 8,3 L/s b. Tinggi nozzle : 14 mm ; 9 mm ; 4 mm
c. Beban generator : 10 W ; 15 W ; 25 W ; 40 W ; 60 W ; 100 W
Variabel yang diukur : a. Head air
Langkah penelitian :
a. Isi bak penampung dengan air b. Pasang runner pada alat uji turbin c. Nyalakan pompa air
d. Atur Debit air = 10,6 L/s, dengan mengatur dua kran pada pipa penstock e. Atur tinggi nozzle = 14 mm , dengan cara memutar lengan pengatur di
samping atas rumah runner
f. Ukur dan catat tekanan air dengan manometer pada saluran nozzle g. Pasang beban (lampu) 10 Watt
h. Nyalakan Panel Hubung Bagi
i. Ukur dan catat tegangan serta arus listrik yang dihasilkan generator menggunakan multimeter
j. Ukur dan catat putaran generator menggunakan tachometer k. Matikan Panel Hubung Bagi
l. Ulangi langkah g-k untuk beban = 15 W; 25 W; 40 W; 60 W; 100W m. Ulangi langkah e-l untuk tinggi nozzle = 9 mm ; 4 mm
n. Ulangi langkah d-m untuk debit = 9,3 L/s ; 8,3 L/s o. Matikan pompa air
3.4.4 Analisa Data
Pengolahan data dilakukan sebagai berikut :
a. Hitung potensi daya air dengan persamaan 1 untuk tiap variasi debit. b. Hitung daya yang dihasilkan generator dengan persamaan 6 untuk tiap
c. Hitung efisiensi total dengan persamaan 7 untuk tiap variasi
d. Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan putaran turbin dengan daya dan grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi untuk tiap variasi
3.5Kesulitan Penelitian
Kesulitan yang dihadapi pada saat pelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut: a. Pengukuran debit air karena proses pengerjaan flowmeter belum selesai b. Pembuatan alur kelengkungan sudu pada piringan runner, sehingga untuk
menggantikan alur dibuat lubang-lubang kecil pada piringan c. Penempatan sudu terhadap piringan runner pada saat dilas
30 4.1Hasil Penelitian
4.1.1 Data Variasi Debit 10,6 L/s
Tabel 4.1 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 10,6 L/s
No.
Beban Tegangan Putaran
(N)
Tabel 4.2 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 L/s
No.
Beban Tegangan Putaran
4.1.2 Data Variasi Debit 9,3 L/s
Tabel 4.3 Data dengan Debit 9,3 L/s, Tinggi Nozzle 9 mm
No.
Beban Tegangan Putaran
(N)
Tabel 4.4 Data dengan Debit 9,3 L/s, Tinggi Nozzle 14 mm
No.
Beban Tegangan Putaran
4.1.3 Data Variasi Debit 8,3 L/s
Tabel 4.5 Data dengan Debit 8,3 L/s, Tinggi Nozzle 9 mm
No.
Beban Tegangan Putaran
(N)
Tabel 4.6 Data dengan Debit 8,3 L/s, Tinggi Nozzle 14 mm
No.
Beban Tegangan Putaran
4.2Pembahasan
4.2.1 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9mm, dan 14 mm dengan debit 10,6 L/s
0
700 750 800 850 900
Putaran Generator (rpm)
Gambar 4.1 Grafik Daya yang Dihasilkan dengan Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9mm, dan 14 mm dengan debit 10,6 L/s
0,00
700 750 800 850 900
4.2.2 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm, dan 14 mm dengan debit 9,3 L/s
700 750 800 850 900
0,00
700 750 800 850 900
Putaran Generator (rpm)
Gambar 4.4 Grafik Efisiensi dengan Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 4 mm, 9mm, dan 14 mm dengan debit 9,3 L/s
4.2.3 Grafik dengan Tinggi Nozzle 4 mm, 9mm, dan 14 mm dengan debit 8,3 L/s
700 750 800 850 900
Putaran Generator (rpm)
Gambar 4.5 Grafik Daya yang Dihasilkan dengan Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9mm, dan 14 mm dengan debit 8,3 L/s
0,00
700 750 800 850 900
Putaran Generator (rpm)
Gambar 4.6 Grafik Efisiensi dengan Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 4 mm, 9mm, dan 14 mm dengan debit 8,3 L/s
Efisiensi terbesar untuk debit 8,3 L/s terjadi pada tinggi nosel 14 mm dan putaran 751,8 rpm yaitu 7,63 %. Efisiensi maksimum terjadi saat lampu diberi beban 40 watt. Tinggi nosel 9 mm, efisiensi terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu 4,36 % pada putaran 749,6 rpm saat lampu diberi beban 40 watt.
4.3Analisa
yaitu pada ketinggian 4 mm. Semakin besar putaran poros, maka daya yang terjadi akan makin kecil. Hal ini karena penurunan tegangan akibat beban diikuti dengan kenaikan arus. Perbandingan antara penurunan tegangan lebih kecil dibanding dengan perbandingan kenaikan arus. Daya yang dihasilkan oleh turbin memiliki batas maksimum. Setelah mencapai batas maksimum, maka daya akan turun. Kenaikan dan penurunan daya seperti grafik pada Mock More. Turbin yang digunakan dalam penelitian tidak menghasilkan daya yang baik karena debit yang digunakan tidak masuk dalam daerah penggunaan turbin aliran silang yang baik. Turbin akan bekerja dengan baik jika tekanan pada debit minimal 0,02 m3/s. sedangkan pada penelitian, debit yang digunakan hanya 0,0106 m3/s ( Dietzel,1996 )
Efisiensi total yang dihasilkan rendah, hal ini dikarenakan putaran generator jauh di bawah daerah kerja generator (1400 rpm) sehingga mengakibatkan efisiensi generator rendah. Selain itu, adanya poros di antara piringan runner juga menghambat aliran air yang keluar dari sudu atas ke sudu bawah. Sehingga pemanfaatan aliran air oleh sudu bagian bawah menjadi berkurang. Hal ini dapat mengurangi efisiensi runner.
Tidak diperoleh data untuk beberapa variasi, hal ini disebabkan karena tegangan yang dihasilkan tidak cukup kuat untuk beban yang dipasang (lampu pijar 220V), sehingga relay pada Panel tidak dapat bekerja. Hasil yang diperoleh tidak stabil, hal ini disebabkan oleh putaran turbin yang masih oleng. Balancing runner yang dilakukan kurang baik, karena hanya dilakukan balancing terhadap geometri.
Semakin kecil putaran, semakin besar daya yang dihasilkan. Putaran runner yang kurang stabil menyebabkan daya yang dihasilkan juga kurang stabil, sehingga pada grafik dapat dilihat adanya garis trend yang berbentuk parabola yang menghadap ke atas. Jika dibandingakan dengan runner bawaan dari alat uji turbin, maka diperoleh perbedaan efisiensi maksimum yang cukup jauh perbedaannya. Proses manufakturing turbin kurang sempurna sehingga tidak dapat dihasilkan turbin dengan geometri yang sesuai dengan perancangan.
42 BAB V
KESIMPULAN
5.1.Kesimpulan
a. Kondisi kerja terbaik turbin adalah pada debit 10,6 L/s dan tinggi nozzle 14 mm sedangkan Efisiensi menyeluruh maksimum dan daya output maksimum pada kondisi terbaik adalah 13,01 % dan 47,6 W.
b. Pada variasi tinggi nozzle 9 mm daya keluaran paling besar adalah 50,4 watt, yang diperoleh pada debit 10,6 L/s dan putaran 818,5 rpm
c. Pada variasi tinggi nozzle 14 mm daya keluaran paling besar adalah 47,6 watt, yang diperoleh pada debit 10,6 L/s dan putaran 837,3 rpm
d. Pada ketiga variasi ketinggian nosel, ketinggian nosel 9 mm merupakan ketinggian nosel yang baik.
e. Semakin besar head dan debit, semakin besar daya yang dihasilkan
5.2.Saran
a. Untuk mengukur debit air, sebaiknya digunakan flowmeter
b. Pembuatan runner sebaiknya tanpa poros tengah (antar piringan) sehingga tidak menghalangi aliran air dari sudu atas
e. Untuk menghindari oleng, proses pembubutan poros dan piringan sebaiknya dilakukan sesudah piringan dengan poros dilas, sehingga piringan dapat center dengan poros
f. Untuk perancangan runner, diusahakan agar piringan tidak terlalu tebal supaya runner tidak terlalu berat
g. Untuk memperoleh hasil yang lebih detail, beban yang digunakan perlu ditambah besar dayanya dan variasinya (selisih daya antar variasi diperkecil)
Erlangga, Jakarta
Joshi, C. B., Seshadri, V., Singh, S. N., Parametric Study on Performance of Cross-Flow , Journal of Energy Engineering, Vol. 121, No. 1, April 1995,
pp. 28-45
Khosrowpanah, S, Fiuzat, A. A., Albertson, M., L., Experimental Study of Cross-Flow Turbine, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 114, No. 3, March
1988, pp. 299-314
Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, Oregon State College.
Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, 2003, Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi (Energi Hijau),
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, Jakarta
Olgun , H, 2000, Effect of interior guide tubes in cross-flow turbine runner on turbine performance, International Journal of Energy Research, Volume 24 Issue 11 , September 2000, Pages 935 – 964
Olgun, H , 1998, Investigation of the performance of a cross-flow turbine, International Journal of Energy Research, Volume 22 Issue 11 , Pages 935 – 964
- Pembuatan runner
PENGAMBILAN DATA
ANALISA DATA
- P ; Pout ; ηtot (tiap variasi) - Grafik dengan variasitinggi
nozzle 9 mm dan 14 mm dari
Atur tinggi nozzle = 14mm
Ukur tekanan air
Pasang beban 10 watt
Nyalakan PHB
Ukur V,I, N generator
